La densité énergétique est l’un des indicateurs clés de performance d’unbatterie lithium-ionElle désigne la quantité d'énergie stockable dans la batterie par unité de volume ou de masse. La densité énergétique est généralement exprimée en wattheures par kilogramme (Wh/kg) ou en wattheures par litre (Wh/L). Pour calculer la densité énergétique d'une batterie lithium-ion, plusieurs paramètres clés doivent être pris en compte, notamment sa capacité, sa tension de fonctionnement moyenne et sa masse ou son volume. Vous trouverez ci-dessous une explication détaillée de son calcul.
Concept de densité énergétique
La densité énergétique désigne la quantité d'énergie stockée par unité de volume ou de masse. C'est un indicateur crucial pour évaluer les performances d'une batterie. Dans le domaine des batteries,densité énergétique massique(en Wh/kg) est l'expression la plus courante, qui désigne l'énergie qu'une batterie peut libérer par unité de masse. Plus la densité énergétique est élevée, plus la batterie peut fournir d'énergie à masse ou volume identique, ce qui est avantageux pour les applications nécessitant un stockage d'énergie important.
Formule de calcul
La densité énergétique d'une batterie lithium-ion peut être calculée à l'aide de la formule suivante :
Densité énergétique (Wh/kg) = (Capacité nominale de la batterie (Ah)×Tension moyenne de fonctionnement de la batterie (V) / Masse de la batterie (kg)
Où:
- Capacité nominale de la batterie (Ah) :Quantité de charge que la batterie peut décharger dans des conditions standard (généralement à 20 °C et à un régime de décharge de 1 °C). Par exemple, si une batterie a une capacité nominale de 10 Ah, cela signifie que, dans ces conditions, elle sera déchargée après 10 heures de décharge à un régime de 1 °C.
- Tension moyenne de fonctionnement de la batterie (V) :La tension moyenne de la batterie pendant la décharge, qui peut généralement être déterminée en examinant la courbe de décharge de la batterie.
- Masse de la batterie (kg) :La masse totale de la batterie, y compris les électrodes, l'électrolyte, le séparateur, le boîtier et tous les autres composants.
Étapes de calcul
Déterminer la capacité nominale de la batterie :
Déterminez la capacité nominale de la batterie, soit à partir de sa fiche technique, soit par des mesures expérimentales. Par exemple, une batterie peut avoir une capacité nominale de 2,6 Ah.
Déterminer la tension moyenne de fonctionnement de la batterie :
Utilisez la courbe de décharge de la batterie pour calculer la tension moyenne de fonctionnement. Par exemple, la tension moyenne de fonctionnement pourrait être de 3,7 V.
Mesurer la masse de la batterie :
Pesez la masse totale de la batterie à l'aide d'une balance précise. Par exemple, la masse totale de la batterie pourrait être de 0,5 kg.
Calculer la densité énergétique :
Insérez les valeurs dans la formule :
Densité énergétique =(2,6 Ah × 3,7 V)/(0,5 kg) = 19,24 Wh/kg
Considérations pratiques
Lors du calcul de la densité énergétique dans des applications réelles, les facteurs suivants doivent également être pris en compte :
Masse des matières non actives :Les matériaux non actifs de la batterie, tels que les collecteurs de courant, les additifs conducteurs, les liants, les séparateurs, les électrolytes et les matériaux d'emballage, augmentent la masse totale de la batterie. Ils doivent être pris en compte dans le calcul de la densité énergétique.
Forme et emballage de la batterie :La conception et le conditionnement de la batterie peuvent influencer la proportion de matériaux non actifs, ce qui influence la densité énergétique finale. Les différentes formes et types de conditionnement présentent des proportions variables de matériaux actifs et non actifs.
Exemple
Utilisons un commun18650batterie lithium-ionÀ titre d'exemple, les paramètres clés sont les suivants :
- Capacité nominale :2,6 Ah
- Tension de fonctionnement moyenne :3,7 V
- Masse de la batterie :0,5 kg
En utilisant la formule :
Densité énergétique =(2,6 Ah × 3,7 V)/(0,5 kg) = 19,24 Wh/kg
Dans ce cas, la densité énergétique de la batterie lithium-ion 18650 est19,24 Wh/kg.
Conclusion
La densité énergétique est une mesure importante pour les batteries lithium-ion, notamment pour évaluer leurs performances dans les applications de stockage d'énergie. En suivant les étapes de calcul décrites ci-dessus, vous pouvez estimer la densité énergétique d'une batterie lithium-ion en fonction de sa capacité nominale, de sa tension moyenne et de sa masse. Comprendre la densité énergétique permet aux fabricants et aux consommateurs de comparer différentes options de batteries pour des applications telles que les véhicules électriques, l'électronique grand public et les solutions de stockage d'énergie renouvelable.
Date de publication : 20 janvier 2025